(57)【要約】【課題】  スイッチング効率が高く、大きな出力信号を得ることができるとともに高い応答速度を実現できる光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置を提供する。【解決手段】  第一のミラーと、非線形光学材料を含有する活性膜と、第二のミラーと、を少なくともこの順に有し、波長λαの信号光と波長λβの制御光とを前記活性膜に入射して光スイッチングを行う光スイッチであって、前記第一のミラー及び前記第二のミラーの少なくとも一方は誘電体多層膜ミラーであり、且つ活性膜、ミラー、信号光及び制御光が特定の関係を有する光スイッチ。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のミラーと、非線形光学材料を含有する活性膜と、第二のミラーと、を少なくともこの順に有し、波長λαの信号光と波長λβの制御光とを前記活性膜に入射して光スイッチングを行う光スイッチであって、
前記第一のミラー及び前記第二のミラーの少なくとも一方は誘電体多層膜ミラーであり、且つ下記式（１）を満たす光スイッチ。
【数１】
2006047872.tif 000022
ｄ：活性膜の膜厚。
ｎ（λ）：波長λにおける前記非線形光学材料の屈折率。
ｍα及びｍβ：正の整数。
Φ（λ）：波長λにおける、前記第一のミラーの位相変化と前記第二のミラーの位相変化との和。
【請求項２】
前記第一のミラー及び前記第二のミラーの一方は誘電体多層膜ミラーであり、他の一方は金属層である請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記第一のミラー及び前記第二のミラーの一方は誘電体多層膜ミラーであり、他の一方は前記活性膜と空気又は真空との界面である請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記第一のミラー及び前記第二のミラーの両方が誘電体多層膜ミラーである請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記誘電体多層膜ミラーの、前記信号光の波長λα及び前記制御光の波長λβにおける前記活性膜の吸光係数の大小を比較した場合の吸光係数が大きい方の波長での反射率は、吸光係数が小さい方の波長での反射率よりも小さい請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記非線形光学材料は、有機分子である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記有機分子は、スクエアリリウム化合物である請求項６に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記有機分子は、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物である請求項６に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記光スイッチングは、前記非線形光学材料の光カー効果を利用して行われる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光スイッチを用いた光分配装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光スイッチを用いた光多重化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光情報処理あるいは光通信システムに用いられる、光で制御する超高速の光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットをはじめとする情報通信の発達により、通信幹線に必要とされる容量は飛躍的に増大しつつある。増大する情報量に対応したＴ  ｂｉｔ／ｓ（テラビット／秒）オーダーの超高速光通信網を実現するためには、１本の光ファイバーでより多くの情報を送ることのできる時分割多重、波長多重、などの方法が検討されている。
【０００３】
時分割多重方式の光通信システムでは、送信側において、多チャンネルの信号光を時間的にシリアルな信号光に多重化して、１本の光ファイバ伝送路に送出し、受信側において、その多重化されたシリアル信号光を多チャンネルの信号光に分配する。それに対応した光多重化（光マルチプレックス）及び光分配（光デマルチプレックス）の方法が研究されている。電気的にテラビット信号を制御することは困難なため、光でテラビット信号を制御する光スイッチとして、いくつかの方式が検討されている。その１つとして、制御光が照射されている間だけ信号光の透過率が増加してＯＮ状態になるような材料を用いた大面積の光分配用光スイッチが考案された（例えば、特許文献１参照。）。この光スイッチは１Ｔｂｉｔ／ｓのシリアル信号を複数のパラレル信号に一括して変換できるという特徴を有する。
【０００４】
この超高速光スイッチのＯＮ／ＯＦＦ比を大きくする方法として、光カー効果を利用することができる（例えば、特許文献２参照。）。光カー効果とは、制御光パルスによって誘起された非線形光学媒質の屈折率異方性によって、信号光パルスが直線偏光から楕円偏光（あるいは偏光面の回転した直線偏光）に変換されることを利用しており、出力信号のＯＦＦレベルを非常に低くできることを特徴とする。しかしながら面型の光カースイッチでは信号光と制御光との相互作用距離が短いために出力信号のＯＮレベルも比較的小さく、スイッチング効率を高めることが課題となっている。
面型光カースイッチの非線形光学媒質として、スクエアリリウム化合物膜、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物膜などが用いられているが、これらの材料に入射する信号光あるいは制御光の波長は光吸収のある波長域を用いるために、一定の厚さ以上に膜厚を厚くすると、信号光あるいは制御光が減衰してしまい、大きな出力信号を得ることができない。
【０００５】
一方、ファブリーペロー微小共振器を利用して共振器内部の高い光電場を利用した光スイッチが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。ファブリーペロー微小共振器型光スイッチは、入力光波長の２分の１の光学厚さの非線形光学媒質膜の両面を誘電体媒質あるいは金属薄膜で被膜してミラーを形成したものである。光学厚さは、（屈折率）×（膜厚）を波長単位で表した量と定義される。
しかしながら、両側に反射率の高いミラーを配置した場合、定常状態になるまでの時定数が長いという問題があり、１００Ｇｂｉｔ／ｓないし１Ｔｂｉｔ／ｓの超高速光信号を入力した場合に応答速度が不十分である。
【特許文献１】特開平１１−１５０３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５８３３３号公報
【特許文献３】特開平１１−８４４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、スイッチング効率が高く、大きな出力信号を得ることができるとともに高い応答速度を実現できる光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明は、
＜１＞  第一のミラーと、非線形光学材料を含有する活性膜と、第二のミラーと、を少なくともこの順に有し、波長λαの信号光と波長λβの制御光とを前記活性膜に入射して光スイッチングを行う光スイッチであって、前記第一のミラー及び前記第二のミラーの少なくとも一方は誘電体多層膜ミラーであり、且つ下記式（１）を満たす光スイッチである。
【０００８】
【数１】
2006047872.tif 000002
【０００９】
ｄ：活性膜の膜厚。
ｎ（λ）：波長λにおける前記非線形光学材料の屈折率。
ｍα及びｍβ：正の整数。
Φ（λ）：波長λにおける、前記第一のミラーの位相変化と前記第二のミラーの位相変化との和。
【００１０】
＜２＞  前記第一のミラー及び前記第二のミラーの一方は誘電体多層膜ミラーであり、他の一方は金属層である＜１＞に記載の光スイッチである。
【００１１】
＜３＞  前記第一のミラー及び前記第二のミラーの一方は誘電体多層膜ミラーであり、他の一方は前記活性膜と空気又は真空との界面である＜１＞に記載の光スイッチである。
【００１２】
＜４＞  前記第一のミラー及び前記第二のミラーの両方が誘電体多層膜ミラーである＜１＞に記載の光スイッチである。
【００１３】
＜５＞  前記誘電体多層膜ミラーの、前記信号光の波長λα及び前記制御光の波長λβにおける前記活性膜の吸光係数の大小を比較した場合の吸光係数が大きい方の波長での反射率は、吸光係数が小さい方の波長での反射率よりも小さい＜１＞乃至＜４＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１４】
＜６＞  前記非線形光学材料は、有機分子である＜１＞乃至＜５＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１５】
＜７＞  前記有機分子は、スクエアリリウム化合物である＜６＞に記載の光スイッチである。
【００１６】
＜８＞  前記有機分子は、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物である＜６＞に記載の光スイッチである。
【００１７】
＜９＞  前記光スイッチングは、前記非線形光学材料の光カー効果を利用して行われる＜１＞乃至＜８＞のいずれか１つに記載の光スイッチである。
【００１８】
＜１０＞  ＜１＞乃至＜９＞のいずれか１つに記載の光スイッチを用いた光分配装置である。
【００１９】
＜１１＞  ＜１＞乃至＜９＞のいずれか１つに記載の光スイッチを用いた光多重化装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、スイッチング効率が高く、大きな出力信号を得ることができるとともに高い応答速度を実現できる光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明の光スイッチ並びにそれを用いた光分配装置及び光多重化装置について説明する。
＜光スイッチ＞
本発明の光スイッチは、第一のミラーと、非線形光学材料を含有する活性膜と、第二のミラーと、を少なくともこの順に有し、波長λαの信号光と波長λβの制御光とを前記活性膜に入射して光スイッチングを行うものであって、前記第一のミラー及び前記第二のミラーの少なくとも一方は誘電体多層膜ミラーであり、且つ下記式（１）を満たすものである。
【００２２】
【数２】
2006047872.tif 000003
【００２３】
ｄ：活性膜の膜厚。
ｎ（λ）：波長λにおける前記非線形光学材料の屈折率。
ｍα及びｍβ：正の整数。
Φ（λ）：波長λにおける、前記第一のミラーの位相変化と前記第二のミラーの位相変化との和。
【００２４】
本発明の光スイッチにおいては、前記第一のミラーと前記活性膜と前記第二のミラーとにより共振器が構成される。前記活性膜は、共振層として作用する。
本発明の光スイッチにおいて、前記第一のミラー及び前記第二のミラーの少なくとも一方が誘電体多層膜ミラーであるのは、誘電体多層膜ミラーは誘電体の組み合わせにより活性膜に対する反射率や反射による位相変化を所望の値にすることができるためである。反射率と反射による位相変化が式(1)を満たすような誘電体多層膜ミラーを用いて光スイッチを作製することによって、制御光及び信号光の両方の共振効果を得ることが可能となる。
【００２５】
以下に、ミラーの反射による位相変化と共振条件の関係について示す。
３次の非線形光学効果の一種である光カー効果の場合、出力信号の振幅Ｆ（λ）は、共振層内の入力信号光の電場振幅Ｅα（λ）及び共振層の厚さｄに比例し、さらに共振層内
の制御光の電場振幅Ｅβ２（λ）に比例する。すなわちＦ（λ）は下記式（２）で表され
る。
【００２６】
【数３】
2006047872.tif 000004
【００２７】
式（２）において、χ（３）は共振層内の非線形光学材料の３次非線形感受率を表す。出力信号の強度Ｉ（λ）はＦ２に比例するので、出力信号強度Ｉ（λ）はＥα２（λ）およ
びＥβ４（λ）に比例する。比例係数をＣ（λ）とすると、出力信号強度は式（３）で表
される。
【００２８】
【数４】
2006047872.tif 000005
【００２９】
従って、制御光及び信号光を共に共振させてＥα（λ）とＥβ（λ）とを入射光の振幅
に対して増大させることによって、大きな出力信号を得ることができる。
たとえば、Ｅα（λ）およびＥβ（λ）をそれぞれ２倍にすることができれば、出力信
号は６４倍になる。
【００３０】
次に、本発明の光スイッチの作用について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の光スイッチの第一実施形態を示す断面図である。光スイッチ１は、基板１０上に第一のミラー１２と非線形光学材料を含有する活性膜１４と第二のミラー１６とをこの順に積層してなる。なお、基板１０、ミラー１２、活性膜１４及びミラー１６に用いられる具体的な材料については後述する。
【００３１】
光スイッチ１において、活性膜１４の厚さをｄ、ミラー１６の反射率をｒ１（λ）、ミラー１２の反射率をｒ2（λ）とする。また活性膜１４に含有される非線形光学材料の屈折率をｎ（λ）とする。ｎ（λ）は波長λにより変化し、また非線形光学材料に吸収があるときにはｎは複素数である。
【００３２】
ミラー１６及びミラー１２による反射における位相変化が各々φ１（λ）及びφ２（λ）とすると、下記式（４）を満たしたときに電場振幅は最大になる。
【００３３】
【数５】
2006047872.tif 000006
【００３４】
なお、式（４）においてｍは正の整数を表す。つまり、電場振幅を強めるためには波長λαの信号光および波長λβの制御光に対して、ｄが共振条件を満たすような活性膜並びにφ1（λ）及びφ2（λ）が共振条件を満たすようなミラーであることが必要である。
【００３５】
波長λαの信号光および波長λβの制御光に対する共振条件は各々式（５）及び式（６）と表される。
【００３６】
【数６】
2006047872.tif 000007
【００３７】
【数７】
2006047872.tif 000008
【００３８】
なお、式（５）及び式（６）においてΦ（λ）は、波長λにおけるミラー１６の位相変化φ1（λ）とミラー１２の位相変化φ2（λ）との和を表す。
式（５）及び式（６）から、信号光λα、制御光λβ両方の共振効果を得るためには、
式（１）を満たすことが必要であることがわかる。言い換えると、活性膜１４の厚さｄに対して、上下のミラーの反射による位相変化の和Φ（λα）及びΦ（λβ）が式（１）を
満たせば、信号光λα、制御光λβ両方の共振効果が得られる。その結果として、スイッ
チング効率が高く、大きな出力信号を得ることができるとともに高い応答速度を実現できる光スイッチを得ることができる。
【００３９】
また、最低次数（ｍα＝ｍβ＝１）のとき式（１）は下記式（７）と表される。
【００４０】
【数８】
2006047872.tif 000009
【００４１】
つまり、信号光及び制御光の波長の両方の共振効果を得るためには、ミラーの反射による位相変化の和Φ（λα）、Φ（λβ）が式（１）を満たすようなミラーを設計するか、
もしくは式（１）を満たすような活性膜１４の厚さや信号光の波長λαと制御光の波長λ
βとを選択すればよい。
【００４２】
なお、本発明の光スイッチは式（１）を満たすことにより上記効果を得られるものであるが、以下に示す式（Ｈ）を満たせば同様に上記効果を得られる。その理由を以下に述べる。
位相変化δを式（A）のように定義する。
【００４３】
【数９】
2006047872.tif 000010
【００４４】
通常のファブリペロー共振器においては、透過光強度が極大となる共振点の両側で電場振幅が極大値の半分になる幅を半値幅という（マックス・ボルン、エミル・ウォルフ著、光学の原理ＩＩ、ｐ．５１５、東海大学出版会）。δが2πｍを満たすとき電場振幅が最大になるのに対して、共振の次数がｍで強度が極大値の半分になる点では、δは式（B）のようになる。
【００４５】
【数１０】
2006047872.tif 000011
【００４６】
この場合、ミラーと共振層との界面の反射率をＲとして、位相半値幅εは下記式（C）で表される。
【００４７】
【数１１】
2006047872.tif 000012
【００４８】
ここで、式（A）（B）及び（C）を用いて、電場強度が極大値の半分になる点では式（D）のようになる。
【００４９】
【数１２】
2006047872.tif 000013
【００５０】
本発明の光スイッチにおいては、上下のミラーの反射率が異なるので、ＲのかわりにＲ1とＲ2との幾何平均、すなわち下記式（E）を用いる。
【００５１】
【数１３】
2006047872.tif 000014
【００５２】
従って、式（D）は式（F）で与えられる。
【００５３】
【数１４】
2006047872.tif 000015
【００５４】
ただし、式（F）における下記記号は、４乗根を意味する。
【００５５】
【数１５】
2006047872.tif 000016
【００５６】
共振の半値幅の範囲内であることとは、下記式（H）満たすことである。
【００５７】
【数１６】
2006047872.tif 000017
【００５８】
本発明において、「共振条件を満たす」とは、式（H）を満たす場合を指し、信号光の波長λαと制御光の波長λβとで式（H）を満たせば、2波長による共振効果が得られる
。
【００５９】
光スイッチ１に用いられるミラー１２及びミラー１６については、少なくともその一方が誘電体多層膜ミラーであれば特に限定されるものではない。誘電体多層膜ミラー以外のミラーとしては、例えば、金属層等が挙げられる。また、ミラーとして、活性膜と空気又は真空との界面を用いることもできる。
光スイッチ１の具体的構成としては、ミラー１２及びミラー１６の一方が誘電体多層膜ミラーであり他の一方が金属層である構成、ミラー１２及びミラー１６の両方が誘電体多層膜ミラーである構成及びミラー１２が誘電体多層膜ミラーでありミラー１６が活性膜１４と空気又は真空との界面である構成等が挙げられる。これらの中でも、ミラー１２及びミラー１６の一方が誘電体多層膜ミラーであり他の一方が金属層である構成が好ましい。これは片面に金属ミラーを用いた場合、同じ反射率の誘電体多層膜ミラーを用いた場合と比べて、活性膜内部の電場振幅が定常状態になるまでに時間が短く、特に100フェムト秒〜1ピコ秒などの時間幅の短い光パルスを用いた場合、片面に金属ミラーを用いた場合の方が大きい共振効果が得られるからである。また、空気又は真空との界面がミラーである場合も、活性膜内部の電場振幅が定常状態になるまでの時間は短いが、反射率が低いために、金属ミラーを用いた場合の方が、大きい共振効果が期待されるからである。
【００６０】
前記金属層を構成する金属の具体例としては、金、銀及びアルミニウム等が挙げられる。これらの中でも、通信波長帯において高い反射率を示す銀または金が好ましい。
前記誘電体多層膜ミラーの具体例としては、例えば、高屈折率の材料としてＴｉＯ2を、低屈折率の材料としてＳｉＯ2を用い、これらの材料からなる層を複数積層したものが挙げられる。各層の厚さと積層数とを変えることにより、前記誘電体多層膜ミラーの反射係数ｒ（λ）と反射による位相変化φ（λ）とを変えることができる。つまり、ミラー１２及びミラー１６のうち、一方のミラーの反射による位相変化φ（λα）、φ（λβ）及
び共振層の厚さｄが決まれば、もう一方のミラーとして式（６）又は式（７）を満たすようなφ（λα）、φ（λβ）を有する誘電体多層膜ミラーを設計すればよい。
【００６１】
本発明の光スイッチにおいて、第一のミラーと第二のミラーとの反射率は、互いに等しくてもよいし異なっていてもよいが、第一のミラーと第二のミラーとの反射率が互いに異なっていることが好ましい。これは、一方のミラーを高反射率、もう一方のミラーを低反射率にして、制御光と信号光とを低反射率のミラー側から入射させることによって、活性膜内部の電場振幅が定常状態になるまでに時間が短くなり、互いに等しい反射率のミラーを用いる場合よりも高い共振効果が期待されるからである。
【００６２】
光スイッチ１において、活性膜１４は、非線形光学材料を含有するものである。前記非線形光学材料は特に限定されるものではなく、その具体例としては、有機分子、LiNbO3などの非線形光学結晶、金属微粒子分散ガラスなどの無機材料等があげられる。これらの中でも非線形光学材料としては、低コスト性、大面積加工性、非線形光学特性に優れる等の理由から有機分子であることが好ましい。
また、前記有機分子の中でも、下記一般式（１）で表されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物又は下記一般式（２）で表されるスクエアリリウム化合物がさらに好ましい。
【００６３】
【化１】
2006047872.tif 000018
【００６４】
一般式（１）中、Ｒ1〜Ｒ4は同じでも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基または分岐化したアルキル基を示し、炭素数１〜７の直鎖アルキル基または分岐化した炭素数３〜７のアルキル基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基またはｔｅｒｔ−ブチル基がより好ましく、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基またはｓｅｃ−ブチル基が特に好ましい。
【００６５】
一般式（１）で表される化合物は、１．１μｍ付近に極大吸収を示し、従来の長波長吸収色素のように共役系を過剰に延長することなしに、大きくその吸収波長を長波長化することができる。また、高い熱安定性、アセトンやクロロホルム等の有機溶剤に対する良好な溶解性および成膜性を有し、さらに昇華性等の点でも優れている。
【００６６】
また、本発明における一般式（１）で示される化合物は、下記一般式（１’）で示されるような構造をとりうる。
この構造式で示される化合物は、一般式（１）で示される化合物の持つ前述のごとき特性と、同じ特性を有する
【００６７】
【化２】
2006047872.tif 000019
【００６８】
【化３】
2006047872.tif 000020
【００６９】
一般式（２）中、Ｒ1〜Ｒ4は同じであっても、異なっていてもよく、それぞれアルキル基を示し、炭素数２〜７の低級アルキル基が好ましく、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、２−メチルブチル基、１−メチルブチル基、２，２−ジメチルプロピル基、１，２−ジメチルプロピル基、１，１−ジメチルプロピル基または１−エチルプロピル基がより好ましく、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基が特に好ましい。
また、一般式（２）中、Ｘ1〜Ｘ8は同じであっても、異なっていてもよく、それぞれ、Ｈ、Ｃｌ、ＯＨ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5またはＯＣＨ3を示すが、Ｘ2、Ｘ4、Ｘ5およびＸ7からなる群より選ばれる１又は２以上がＯＨ基である。また、Ｘ1、Ｘ3、Ｘ6およびＸ8からなる群から選ばれる１または２以上がＣｌである場合には、分子に双極子モーメントを与えることができ、二次の非線形光学効果を発現させることができるので好ましい。
【００７０】
一般式（２）で表される色素はＪ−会合体、即ち、その吸収帯が色素分子単体の吸収帯に比べ長波長側にシフトして先鋭化し、ストークスシフトの小さな蛍光を発し、吸収ピーク付近の波長の光に対して極めて大きな相互作用を持ち、しかも３次の非線形光学効果である吸収飽和の回復が非常に早いという性質を有する会合体を形成する。
【００７１】
有機分子からなる活性膜は、有機分子を適当な溶媒に溶解させて塗布液を調整し、この塗布液を、基板上にバーコート法、スピンコート法、キャストコート法、ディップコート法等を用いて塗布し、塗布液を乾燥させることにより得られる。また、有機分子以外のその他の非線形光学材料からなる活性膜は、用いられる非線形光学材料に適した公知の方法を用いることにより得られる。
【００７２】
本発明の光スイッチによる光スイッチングは、前記非線形光学材料の光カー効果を利用して行われることが好ましい。光スイッチングを光カー効果を利用して行うことにより、材料の透明領域を使うので信号光の損失が少ない。電子の実励起を伴わないので高速動作が可能になる。さらに、用いる波長が共鳴領域に限定されないので、広い波長域のスイッチングに対応可能である
光カー効果を生じさせることのできる非線形光学材料の具体例としては、上述したジベンゾフラノニルメタノラート化合物及びスクエアリリウム化合物等が挙げられる
【００７３】
本発明の効果を検証するために、ガラス基板上に５００ｎｍの厚さに銀を蒸着し、その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）をスピンコート法により１５２ｎｍの厚さになるように製膜して活性膜とし、さらにその上にＴｉＯ2とＳｉＯ2とからなる誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法により積層した。この化合物は吸収極大波長が１３００ｎｍ付近にあり、通信波長帯の光に対して非線形光学効果を有する有機材料である。
【００７４】
波長λα＝１５５０ｎｍ、λβ＝１６２０ｎｍにおいて、ジベンゾフラノニルメタノラ
ート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）の複素屈折率はｎBM（１５５０ｎｍ）＝２．４２６１＋０．０３３８１ｉ、ｎBM（１６２０ｎｍ）＝２．３２２０＋０．０１６３７ｉ、銀の複素屈折率はｎAg（１５５０ｎｍ）＝０．３２２１＋１０．９９３５ｉ、ｎAg（１６２０ｎｍ）＝０．３４６６＋１１．５２３４ｉであり、これらを用いて、銀ミラーの反射係数はｒ2（１５５０ｎｍ）＝−０．８９１−０．４１３ｉ＝０．９８２ｅｘｐ（３．５７５ｉ）、ｒ2（１６２０ｎｍ）＝−０．９０９０−０．３８１４ｉ＝０．９８６ｅｘｐ（３．５３９ｉ）と見積もられ、反射の際の位相変化はφ2（１５５０ｎｍ）＝３．５７５［ラジアン］＝２０４．８［°］、φ2（１６２０ｎｍ）＝３．５３９［ラジアン］＝２０２．８［°］と見積もられる。
【００７５】
誘電体多層膜ミラーとして、以下に示す（１）及び（２）の２種類を用いて比較した。
（１）  波長λβ＝１６２０ｎｍに対して光学厚さλβ／４のＴｉＯ2と光学厚さλβ／
４のＳｉＯ2とを４層積層した誘電体多層膜ミラーの場合
銀ミラーの反射による位相変化はφ2（１６２０ｎｍ）＝３．５３９［ラジアン］＝２０２．８［°］、φ2（１５５０ｎｍ）＝３．５７５［ラジアン］＝２０４．８［°］であり、誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化はφ1（１６２０ｎｍ）＝０、φ1（１５５０ｎｍ）＝１０．９°である。このとき波長λβ＝１６２０ｎｍが共振条件を満たす
共振層の厚さはｄ＝１５２ｎｍ、波長λα＝１５５０ｎｍが共振条件を満たす共振層の厚
さはｄ＝１２８ｎｍであるため、波長λβ＝１６２０ｎｍの共振効果のみが得られること
になる。
また、この誘電体多層膜ミラーの反射率は、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算によると波長λα＝１５５０ｎｍで７５％、波長λβ＝１６２０ｎ
ｍで７５％である。
【００７６】
（２）  波長λα＝１５５０ｎｍ及びλβ＝１６２０ｎｍに対して、共に共振条件を満た
すように設計されたミラーの場合
銀ミラーの反射による位相変化はφ2（１６２０ｎｍ）＝３．５３９［ラジアン］＝２０２．８［°］、φ2（１５５０ｎｍ）＝３．５７５［ラジアン］＝２０４．８［°］であるため、式（１）を満たす誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化は、例えばφ1（１６２０ｎｍ）＝０、φ1（１５５０ｎｍ）＝−０．２８９［ラジアン］＝−１６．５［°］である。この条件を満たす誘電体多層膜ミラーとして図２の組み合わせが上げられる。この組み合わせは、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いて計算した。
また誘電体多層膜ミラーの反射率は、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算によると（１）の誘電体多層膜ミラーと同程度で波長λα＝１５５０ｎｍ
、波長λβ＝１６２０ｎｍともに７５％である。
【００７７】
（１）、（２）の誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化と、反射スペクトルとをそれぞれ図３、図４に示す。
【００７８】
（１）及び（２）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチについて、図５のシステムを用いて光カー効果による信号を検出した。信号光照射手段２０から照射される信号光の波長はλα＝１５５０ｎｍ、制御光照射手段２２から照射される制御光の波長はλβ＝１
６２０ｎｍでパルス幅は信号光及び制御光共に１ｐｓとした。信号光と制御光とは、それぞれ偏光子２４及び偏光子２６を用いて直線偏光とした。このとき、制御光の偏光方向は信号光の偏光方向に対して４５°だけ傾けた（信号光の偏光方向は偏光子２４により紙面に垂直になるように、制御光の偏光方向は偏光子２６により紙面垂直と４５°の角度をなすように設定した。）。
ハーフミラー２８を透過した信号光とハーフミラー２８で反射された制御光とは、レンズ３０により集光されて光スイッチ1の同じ位置に垂直に入射する。信号光は光スイッチ1の活性膜内で制御光による非線形相互作用を受けたあとで光スイッチ1からの反射光として出射され、ハーフミラー３４で反射して光検出器３６により測定される。反射光のうちで波長フィルター３８を用いて信号光だけを取り出し、さらに入射信号光とは偏光方向が直交している偏光子４０（検光子）を透過させて、入射信号光と直交する光カー信号を検出した。偏光子２４と偏光子４０とは偏光方向が直行したクロスニコル状態にあるので、制御光をＯＦＦにして信号光だけを入射したときには出力光をほとんど０にすることが可能である。信号光と制御光とが同時に入射したときには、信号光が楕円偏光（あるいは偏光面の回転した直線偏光）に変換されるために出力信号が検出される。
【００７９】
活性膜内の電場振幅は、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」により計算される。図６に（１）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を、図７に（２）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を示す。図６に示すように（１）では制御光のみの、また、図７に示すように（２）では制御光及び信号光の両方の共振効果が得られることがわかる。ただし、図６、図７の電場振幅の単位は入射光の電場振幅を１としている。
実際に測定から求めたカー位相遅延角度を（１）及び（２）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチで比較すると、（２）は（１）の２．５倍のカー位相遅延角度であった。これは、（１）は制御光のみ、（２）は制御光及び信号光の両方の共振効果が得られた結果であると言える。
【００８０】
（１）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチ及び（２）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの反射スペクトルを図８に示す。（１）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチは制御光の波長λβ＝１６２０ｎｍに反射率の極小値があるが、信号光の波長λ
α＝１５５０ｎｍには構造は見られない。それに対して（２）の誘電体多層膜ミラーを用
いた光スイッチは、信号光の波長λα＝１５５０ｎｍと制御光の波長λβ＝１６２０ｎｍ
との両方に反射率の極小値が確認される。
これらの極小値は共振による吸収率の増大を反映していると考えられ、この結果からも（２）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの２波長の共振効果が確認される。
この実験により２波長共振用に設計した誘電体多層膜ミラーで２波長共振効果を確認し、より高いスイッチング効率を達成した。
【００８１】
ここでは、誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化を最適化することにより２波長の共振条件を満たしたが、他に活性膜の膜厚や、信号光及び制御光の波長を最適化することでも２波長の共振条件を満たすことが可能である。
【００８２】
特に信号光の波長λαと制御光の波長λβとで吸光係数の大きさが異なる非線形光学材
料を含有する活性膜を用いる場合、吸光係数が大きい方の波長では、誘電体多層膜ミラーの反射率が高いと共振効果により電場振幅が増大される前に光が減衰してしまうことがある。そのため、吸光係数が大きい方の波長において低い反射率を有する誘電体多層膜ミラーを用いた方が高い共振効果を得られる場合がある。つまり、誘電体多層膜ミラーの、信号光の波長λα及び制御光の波長λβにおける活性膜の吸光係数の大小を比較した場合の吸光係数が大きい方の波長での反射率を、吸光係数が小さい方の波長での反射率よりも小さくした方が得られる共振効果が大きくなることがある。
具体的には、活性膜の信号光の波長λαにおける吸光係数が、制御光の波長λβにおけ
る吸光係数よりも小さい場合には、誘電体多層膜ミラーの信号光の波長λαにおける反射
率を、制御光の波長λβにおける反射率よりも大きくなるようにすることが好ましい。ま
た、活性膜の信号光の波長λαにおける吸光係数が、制御光の波長λβにおける吸光係数
よりも大きい場合には、誘電体多層膜ミラーの信号光の波長λαにおける反射率を、制御
光の波長λβにおける反射率よりも小さくなるようにすることが好ましい。
【００８３】
上記効果を検証するために、ガラス基板上に銀を１００ｎｍ以上の厚さに蒸着し、その上に一般式（２）で示されるスクエアリリウム化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がメチル基、Ｘ4、Ｘ5が水酸基、Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、Ｘ6、Ｘ7、Ｘ8が水素）をｄ＝５６．４ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜とし、さらにその上にＴｉＯ2とＳｉＯ2とからなる誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法により製膜した。この化合物は吸収極大波長が７５０ｎｍ付近にあり、波長λα＝９００ｍでほぼ透明、波長λβ＝８５０ｎｍでは大きい吸光係数を有する有機材料である。
【００８４】
波長λα＝９００ｍ、λβ＝８５０ｎｍにおいて、スクエアリリウム化合物（Ｒ1、Ｒ
2、Ｒ3、Ｒ4がメチル基、Ｘ4、Ｘ5が水酸基、Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、Ｘ6、Ｘ7、Ｘ8が水素）の複素屈折率はｎSQ（９００ｎｍ）＝２．９１５０＋０．０１５２ｉ、ｎSQ（８５０ｎｍ）＝２．９１８０＋０．２６６２ｉ、銀の複素屈折率はｎAg（９００ｎｍ）＝０．１０５０＋０．６２２０ｉ、ｎAg（８５０ｎｍ）＝  ０．１０００＋５．８５００ｉであり、これらの値を用いて、銀ミラーの反射係数はｒ2（９００ｎｍ）＝−０．６４０−０．７５５ｉ＝０．９８３ｅｘｐ（４．０１８ｉ）、ｒ2（８５０ｎｍ）＝−０．５５１３５−０．７３２８ｉ＝０．９１７ｅｘｐ（４．０７ｉ）と見積もられ、反射の際の位相変化はφ2（９００ｎｍ）＝４．０１８［ラジアン］＝２２９．５［°］、φ2（８５０ｎｍ）＝４．０７［ラジアン］＝２３２．３［°］と見積もられる。
【００８５】
誘電体多層膜ミラーとして、以下に示す（３）及び（４）の２種類を用いて比較した。
（３）波長λα＝９００ｎｍと波長λβ＝８５０ｎｍとで式（１）を満たし、反射率が波
長λα＝９００ｎｍと波長λβ＝８５０ｎｍで、ともに８５％である誘電体多層膜ミラー
の場合
銀ミラーの反射による位相変化はφ2（９００ｎｍ）＝４．０１８［ラジアン］＝２２９．５［°］、φ2（８５０ｎｍ）＝４．０７［ラジアン］＝２３２．３［°］であるため、式（１）を満たす誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化は、φ1（８５０ｎｍ）＝０、φ1（９００ｎｍ）＝０．１７４［ラジアン］＝１０［°］である。この条件を満たし、反射率が波長λα＝９００ｎｍと波長λβ＝８５０ｎｍでともに８５％である誘電体多層膜ミラーとして図９の組み合わせがあげられる。この組み合わせは、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いて求めた。
【００８６】
（４）  波長λα＝９００ｎｍと波長λβ＝８５０ｎｍとで式（１）を満たし、反射率が
波長λα＝９００ｎｍで８５％、波長λβ＝８５０ｎｍで５０％である誘電体多層膜ミラ
ーの場合
銀ミラーの反射による位相変化はφ2（９００ｎｍ）＝４．０１８［ラジアン］＝２２９．５［°］、φ2（８５０ｎｍ）＝４．０７［ラジアン］＝２３２．３［°］であるため、式（１）を満たす誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化は、φ1（８５０ｎｍ）＝０、φ1（９００ｎｍ）＝０．１７４［ラジアン］＝１０［°］である。この条件を満たし、反射率が波長λα＝９００ｎｍで８５％、波長λβ＝８５０ｎｍで５０％である誘電体多層膜ミラーとして図１０の組み合わせがあげられる。この組み合わせは、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いて求めた。
【００８７】
（３）、（４）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチについて、図５のシステムを用いて光カー効果による信号を検出した。信号光照射手段２０から照射される信号光の波長はλα＝９００ｎｍ、制御光照射手段２２から照射される制御光の波長はλβ＝８５０
ｎｍでパルス幅は共に１ｐｓとした以外は上記（１）及び（２）の場合と同様とした。
【００８８】
活性膜内の電場振幅は、薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」により計算される。図１１に（３）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を、図１２に（４）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を示す。図１１及び図１２から、吸光係数が小さい方の波長（λα＝９
００ｎｍ）では同程度の共振効果が得られているが、吸光係数が大きい方の波長（λβ＝
８５０ｎｍ）では、反射率を低くした（４）の方が大きい共振効果を得られることがわかる。
実際に測定から求めたカー位相遅延角度を（３）及び（４）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチで比較すると、（４）は（３）の１．４倍のカー位相遅延角度であった。これは吸光係数が大きい方の波長（λβ＝８５０ｎｍ）の反射率を吸光係数が小さい方の
波長（λα＝９００ｎｍ）の反射率よりも小さくしたことにより、より大きな共振効果が
得られた結果であるといえる。
この実験により、制御光と信号光の波長で吸光係数の大きさが異なる非線形光学材料を活性膜として用いる場合、吸光係数の大きい波長の誘電体多層膜ミラーの反射率を吸光係数の小さい方の波長の反射率よりも小さくすることで、より大きな共振効果が得られることが実証された。
【００８９】
＜光分配装置＞
本発明の光分配装置は、本発明の光スイッチを用いるものである。図１３は、本発明の光分配装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る光分配装置は、本発明の光スイッチ１に対して信号光４２を斜めに入射させ、制御光４４を垂直に入射させるものである。
光スイッチ１の一の面側から、光導波路４６中を伝送された信号光４２を、レンズを組み合わせて構成した光学系４８に入射させて光学系４８の出射光として進行方向に対して垂直な面方向に波面が広げられた信号光パルス４２Ａ〜４２Ｆの列からなる信号光４２を得る。信号光４２に同期した制御光４４を、その進行方向を光スイッチ１に対して垂直にして光スイッチ１の一の面側から、所定幅Ｗに渡って光スイッチ１に入射させる。
【００９０】
また、本実施形態に係る光分配装置には、信号光４２が光スイッチ１で反射した後の位置に、ライン状ないし１次元アレイ状の光素子５０を、その各画素が信号光４２の各空間位置部分４２ｐ〜４２ｕの反射光を受けるように配置される。信号光パルス４２Ａ〜４２Ｆが光スイッチ１の対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達する時点で、制御光パルス４４ａが光スイッチ１の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように制御光４４を信号光４２に同期させる。
これにより、信号光パルス４２Ａの空間位置部分４２ｐ、信号光パルス４２Ｂの空間位置部分４２ｑ、信号光パルス４２Ｃの空間位置部分４２ｒ、信号光パルス４２Ｄの空間位置部分４２ｓ、信号光パルス４２Ｅの空間位置部分４２ｔ、信号光パルス４２Ｆの空間位置部分４２ｕが、それぞれ出力光パルス５２Ａｐ，５２Ｂｑ，５２Ｃｒ，５２Ｄｓ，５２Ｅｔ，５２Ｆｕとして切り出され、光素子５０の対応する画素で処理または検出される。
【００９１】
＜光多重化装置＞
本発明の光多重化装置は、本発明の光スイッチを用いるものである。図１４は、本発明の光多重化装置の一実施形態を示す。本実施形態に係る光多重化装置は、本発明の光スイッチ１に対して一次元のパラレルな信号光４２を斜めに入射させ、制御光４４を垂直に入射させるものである。本実施形態では、パラレルな信号光４２は６チャンネルの信号光４２Ａ〜４２Ｆからなる。
光スイッチ１の一の面側からパラレルな信号光４２を所定幅Ｗに渡って入射させるとともに、パラレルな信号光４２に同期した制御光４４を、その進行方向を光スイッチ１に対して垂直にして光スイッチ１の一の面側から、所定幅Ｗに渡って光スイッチ１に入射させる。
【００９２】
また、本実施形態に係る光多重化装置には、信号光４２が光スイッチ１で反射した後の位置に、集光光学系５４及び光導波路４６を配置する。信号光４２Ａ〜４２Ｆのすべてが光スイッチ１の各信号光４２Ａ〜４２Ｆに対応する領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達する時点で、制御光パルス４４ａが光スイッチ１の各領域Ｗｐ〜Ｗｕに到達するように制御光４４を信号光４２に同期させる。
これにより、信号光４２Ａ〜４２Ｆのそれぞれ一部が、それぞれパルス時間幅の短い出力光５６Ａ〜５６Ｆとして切り出されて、集光光学系５４及び光導波路４６により、互いの間に所定の時間差を持って集光され、光導波路４６において、信号光（出力光）５６Ａ〜５６Ｆが時間的に多重化されたシリアルな信号光５６が得られる。
【実施例】
【００９３】
以下本発明を、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。
実施例１から実施例６は、誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化を最適化することによって信号光と制御光の波長で共振条件を満たした例であり、実施例７は共振層の厚さと信号光及び制御光の波長との両方を最適化することによって、信号光及び制御光の波長で共振条件をみたした例である。実施例８と実施例９は、本発明の光スイッチを用いた光分配装置の例である。
【００９４】
［実施例１］
ガラス基板上に銀を１００ｎｍ以上の厚さに蒸着し、その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）をｄ＝１５２ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜を得る。この活性膜の１５５０ｎｍ及び１６２０ｎｍでの吸光係数は、複素屈折率がｎBM（１５５０ｎｍ）＝２．４２６１＋０．０３３８１ｉ、ｎBM（１６２０ｎｍ）＝２．３２２０＋０．０１６３７ｉであることから、吸光係数αBM(1550nm)＝2.74×10-4(nm-1)、αBM(1620nm)=1.272.74×10-4(nm-1)である。
この活性膜上に、図２で示される構造の誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法あるいは蒸着法により積層して、本発明の光スイッチＡを得る。
信号光の波長がλα＝１５５０ｎｍ、制御光の波長がλβ＝１６２０ｎｍのとき、図２
に示される誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化はφ1（１６２０ｎｍ）＝０、φ1（１５５０ｎｍ）＝−０．２８９［ラジアン］＝−１６．５［°］であり、光スイッチＡは式（１）を満たす。また図２の誘電体多層膜ミラーの反射率は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により、信号光、制御光ともに７６％と見積もられる。
次に、ガラス基板上に銀を１００ｎｍ以上の厚さに蒸着し、その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）をｄ＝１５２ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜を得る。この活性膜上に、波長λβ＝１６２０ｎｍに対して光学厚さλβ／４のＴｉＯ2と光学厚さλβ／４のＳｉＯ2とをスパッタリング法あるいは蒸着法により４層積層して、本発明の光スイッチBを得る。
光スイッチＢは、光スイッチＡと比較して以下の点で異なるものである。つまり、光スイッチAは信号光の波長λαと制御光の波長λβとの両方に対して共振条件を満たす。す
なわち式(１)を満たしているのに対して、光スイッチBは制御光の波長λβに対しての
み共振条件を満たしており、信号光の波長λαに対しては共振効果が得られない。
【００９５】
図５のシステムを用いて光スイッチＡ及び光スイッチＢについて光カー効果による信号を検出した。信号光照射手段２０から照射される信号光の波長はλα＝１５５０ｎｍ、制
御光照射手段２２から照射される制御光の波長はλβ＝１６２０ｎｍでパルス幅は信号光
及び制御光共に１ｐｓとした。信号光と制御光とは、それぞれ偏光子２４及び偏光子２６を用いて直線偏光とした。このとき、制御光の偏光方向は信号光の偏光方向に対して４５°だけ傾けた（信号光の偏光方向は偏光子２４により紙面に垂直になるように、制御光の偏光方向は偏光子２６により紙面垂直と４５°の角度をなすように設定した。）。
ハーフミラー２８を透過した信号光とハーフミラー２８で反射された制御光とは、レンズ３０により集光されて光スイッチ1の同じ位置に垂直に入射する。信号光は光スイッチ1の活性膜内で制御光による非線形相互作用を受けたあとで光スイッチ1からの反射光として出射され、ハーフミラー３４で反射して光検出器３６により測定される。反射光のうちで波長フィルター３８を用いて信号光だけを取り出し、さらに入射信号光とは偏光方向が直交している偏光子４０（検光子）を透過させて、入射信号光と直交する光カー信号を検出した。偏光子２４と偏光子４０とは偏光方向が直行したクロスニコル状態にあるので、制御光をＯＦＦにして信号光だけを入射したときには出力光をほとんど０にすることが可能である。信号光と制御光とが同時に入射したときには、信号光が楕円偏光（あるいは偏光面の回転した直線偏光）に変換されるために出力信号が検出される。
その結果、光スイッチＡは光スイッチＢと比較して２．５倍のカー位相遅延角度を示すことがわかる。
【００９６】
［実施例２］
実施例１では、一方のミラーにガラス基板上に蒸着した銀を用いたが、銀の代わりに誘電体多層膜ミラーを用いることもできる。
ガラス基板上に、波長λβ＝１６２０ｎｍに対して光学厚さλβ／４のＴｉＯ2と光学
厚さλβ／４のＳｉＯ2をスパッタリング法あるいは蒸着法により交互に１０層積層する
。その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）をｄ＝１５２ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜を得る。このとき、上記１０層の誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化はφ1（１６２０ｎｍ）＝０、φ1（１５５０ｎｍ）＝０．２３０［ラジアン］＝１３．２［°］であり、信号光、制御光ともに反射率は９７％である。これに図１５で示される構造の誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法あるいは蒸着法により積層して、本発明の光スイッチＣを得る。
信号光の波長がλα＝１５５０ｎｍ、制御光の波長がλβ＝１６２０ｎｍのとき、図１
５で示される誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化はφ1（１６２０ｎｍ）＝３．５４５［ラジアン］＝２０３［°］、φ1（１５５０ｎｍ）＝３．０６３［ラジアン］＝１７５［°］であり、光スイッチＣは式（１）を満たす。また図１５の誘電体多層膜ミラーの反射率は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により、信号光、制御光ともに７６％と見積もられる。
光スイッチＣについて、実施例１と同様の方法によりカー位相遅延角度を測定した。その結果、実施例１（銀ミラーを用いた場合）と同程度のカー位相遅延角度が得られることがわかる。
【００９７】
［実施例３］
ガラス基板上に、波長λβ＝１６２０ｎｍに対して光学厚さλβ／４のＴｉＯ2と光学
厚さλβ／４のＳｉＯ2をスパッタリング法あるいは蒸着法により交互に１０層積層し、
その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）をｄ＝６９８ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜を得る。これに図１６で示される構造の誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法あるいは蒸着法により積層して、本発明の光スイッチＤを得る。
実施例３における活性膜の膜厚は実施例１に比べ厚く、共振条件を満たすためには、式（１）のｍα、ｍβで表される正の整数が２である必要がある。つまり、２波長の共振条
件は下記式（８）で表される。
【００９８】
【数１７】
2006047872.tif 000021
【００９９】
信号光の波長がλα＝１５５０ｎｍ、制御光の波長がλβ＝１６２０ｎｍのとき、図１
６に示される誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化はφ1（１６２０ｎｍ）＝０、φ1（１５５０ｎｍ）＝−１．３８６［ラジアン］＝−７９［°］であり、光スイッチＤは式（８）を満たす。また図１６の誘電体多層膜ミラーの反射率は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により、信号光、制御光ともに７６％と見積もられる。
光スイッチＤについて、実施例１と同様の方法によりカー位相遅延角度を測定した。その結果、光スイッチＤのカー位相遅延角度の値は、光スイッチＡの１．１倍となる。光スイッチＤでは、光スイッチＡと同様に信号光と制御光との両方が共振条件を満たしており、さらに活性膜が厚くなっている分、カー位相遅延角度が大きくなる。
【０１００】
［実施例４］
ガラス基板上に、図１７で示される構造の誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法あるいは蒸着法により積層する。その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）をｄ＝６９８ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜を形成し、本発明の光スイッチＥを得る。光スイッチＥにおいては、一方のミラーは誘電体多層膜ミラーであり、他の一方のミラーは活性膜と空気との界面である。活性膜と空気との界面での反射による位相変化はほぼ０とみなせる。図１７に示される誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化は、φ1（１６２０ｎｍ）＝０、φ1（１５５０ｎｍ）＝−１．１５６［ラジアン］＝−６６［°］であり、光スイッチＥは式（８）を満たす。また図１７の誘電体多層膜ミラーの反射率は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により、信号光、制御光ともに７６％と見積もられる。
光スイッチＥの活性膜内の電場振幅は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により図１８のように見積もられ、信号光と制御光共に共振による電場振幅の増大が確認される。
【０１０１】
［実施例５］
ガラス基板上に銀を１００ｎｍ以上の厚さに蒸着し、その上に一般式（２）で示されるスクエアリリウム化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がメチル基、Ｘ4、Ｘ5が水酸基、Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、Ｘ6、Ｘ7、Ｘ8が水素）をｄ＝５６．４ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜を得る。この活性膜の８５０ｎｍ及び９００ｎｍでの吸光係数は、複素屈折率がｎSQ（９００ｎｍ）＝２．９１５０＋０．０１５２ｉ、ｎSQ（８５０ｎｍ）＝２．９１８０＋０．２６６２ｉであることから、吸光係数αSQ(900mn)＝2.12×10-4(nm-1)、αSQ(850mn)＝3.94×10-3(nm-1)である。
これに図９で示される構造の誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法あるいは蒸着法により積層して、本発明の光スイッチＦを得る。
波長λα＝９００ｍ、λβ＝８５０ｎｍにおいて、スクエアリリウム化合物（Ｒ1、Ｒ
2、Ｒ3、Ｒ4がメチル基、Ｘ4、Ｘ5が水酸基、Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、Ｘ6、Ｘ7、Ｘ8が水素）の複素屈折率は、ｎSQ（９００ｎｍ）＝２．９１５０＋０．０１５２ｉ、ｎSQ（８５０ｎｍ）＝２．９１８０＋０．２６６２ｉ、銀の複素屈折率はｎAg（９００ｎｍ）＝０．１０５０＋０．６２２０ｉ、ｎAg（８５０ｎｍ）＝０．１０００＋５．８５００ｉであり、これらの値を用いて、銀ミラーの反射係数はｒ2（９００ｎｍ）＝−０．６４０−０．７５５ｉ＝０．９８３ｅｘｐ（４．０１８ｉ）、ｒ2（８５０ｎｍ）＝−０．５５１３５−０．７３２８ｉ＝０．９１７ｅｘｐ（４．０７ｉ）と見積もられ、反射の際の位相変化はφ2（９００ｎｍ）＝４．０１８［ラジアン］＝２２９．５［°］、φ2（８５０ｎｍ）＝４．０７［ラジアン］＝２３２．３［°］と見積もられる。
信号光の波長がλα＝９００ｎｍ、制御光の波長がλβ＝８５０ｎｍのとき、図９に示
される誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化はφ1（８５０ｎｍ）＝０、φ1（９００ｎｍ）＝０．１７４［ラジアン］＝１０［°］であり、式（１）を満たす。また図９の誘電体多層膜ミラーの反射率は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により信号光、制御光ともに８５％と見積もられる。
次に、ガラス基板上にスクエアリリウム化合物をｄ＝56.4nmの厚さにスピンコート法により製膜し、光スイッチGを得る。
光スイッチＧは、光スイッチＦと比較して以下の点で異なるものである。つまり、光スイッチGは、活性層の両側の反射率が低く、信号光の波長λα、制御光の波長λβともに
共振条件を満たしていないため、共振効果が得られない。それに対して、光スイッチFは、活性層の両側の反射率が高く、信号光の波長λα、制御光の波長λβともに共振条件を満たしていることから、共振効果が得られることが期待される。
光スイッチＦ及び光スイッチＧについて、実施例１と同様の方法によりカー位相遅延角度を測定した。その結果、光スイッチＦのカー位相遅延角度は光スイッチＧと比較して１．８倍となる。
光スイッチＦの活性膜内の電場振幅は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により図１１のように見積もられる。図１１から、スクエアリリウム化合物による吸収の小さい（吸光係数の小さい）信号光の波長λα＝９００ｎｍでは、入射光の電場振幅と比較して、活性膜内の電場振幅は最大で4.3倍となることがわかる。一方、スクエアリリウム化合物による吸収の大きい（吸光係数の大きい）制御光の波長λβ＝８
５０ｎｍでは、活性膜内の電場振幅は、入射光の電場振幅よりは最大で1.3倍増大している。
【０１０２】
［実施例６］
ガラス基板上に銀を１００ｎｍ以上の厚さに蒸着し、その上に一般式（２）で示されるスクエアリリウム化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がメチル基、Ｘ4、Ｘ5が水酸基、Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3、Ｘ6、Ｘ7、Ｘ8が水素）をｄ＝５６．４ｎｍの厚さにスピンコート法により製膜して活性膜を得る。これに図１０で示される構造の誘電体多層膜ミラーをスパッタリング法あるいは蒸着法により積層して、本発明の光スイッチＨを得る。
信号光の波長がλα＝９００ｎｍ、制御光の波長がλβ＝８５０ｎｍのとき、図１０に
示される誘電体多層膜ミラーの反射による位相変化はφ1（８５０ｎｍ）＝０、φ1（９００ｎｍ）＝０．１７４［ラジアン］＝１０［°］であり、式（１）を満たす。また図１０の誘電体多層膜ミラーの反射率は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により信号光の波長で８５％、制御光の波長で５０％と見積もられる。光スイッチＨについて、実施例１と同様の方法によりカー位相遅延角度を測定した。
このときの活性膜内の電場振幅は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により図１２にように見積もられる。また、カー位相遅延角度は実施例４における光スイッチＥの１．４倍となる。
図１２から、スクエアリリウム化合物による吸収の小さい（吸光係数の小さい）信号光の波長λα＝９００ｎｍでは、入射光の電場振幅と比較して、活性膜内の電場振幅は４．３倍となることがわかる。一方、スクエアリリウム化合物による吸収の大きい（吸光係数の大きい）制御光の波長λβ＝８５０ｎｍでは、活性膜内の電場振幅は、入射光の電場振
幅よりも最大で1.5倍増大している。共振条件を満たす波長の活性膜による吸収が大きい場合、実施例５における光スイッチＦのように誘電体多層膜ミラーの反射率が高いと共振する前に光が減衰してしまうため十分な共振効果が得られないが、光スイッチＨのように誘電体多層膜ミラーの反射率を低くすることにより大きな共振効果を得ることが可能となる。
【０１０３】
［実施例７］
ガラス基板上に銀を１００ｎｍ以上の厚さに蒸着し、その上に一般式（１）で示されるジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）をｄ＝１３９３ｎｍの厚さに製膜して活性膜を得る。この活性膜の１５５０ｎｍ及び１８２０ｎｍでの吸光係数は、複素屈折率がｎBM（１５５０ｎｍ）＝２．４２６１＋０．０３３８１ｉ、ｎBM（１８２０ｎｍ）＝２．２５１４＋０．０１０１ｉであることから、吸光係数αBM(1550nm)＝2.74×10-4(nm-1)、αBM(1820nm)=7.0×10-5(nm-1)である。
この活性膜上に、波長λβ＝１８２０ｎｍに対して光学厚さλβ／４のＳｉＯ2と光学
厚さλβ／４のＴｉＯ2をスパッタリング法あるいは蒸着法により２層積層して、本発明
の光スイッチＩを得る。このとき２層からなる誘電体多層膜ミラーの反射率は波長λα＝
１５５０ｎｍで４５％、波長λβ＝１８２０ｎｍで４８％であり、反射による位相変化は
φ1（１５５０ｎｍ）＝０．５０３［ラジアン］＝２８．８［°］、φ1（１８２０ｎｍ）＝０である。
波長λβ＝１８２０ｎｍにおいて、ジベンゾフラノニルメタノラート化合物（Ｒ1、Ｒ
2、Ｒ3、Ｒ4がイソブチル基）の複素屈折率はｎBM（１８２０ｎｍ）＝２．２５１４＋０．０１０１ｉ、銀の複素屈折率はｎAg（１８２０ｎｍ）＝０．４１６８２＋１３．０３７４ｉであり、これらを用いて、銀ミラーの反射係数はｒ2（１８２０ｎｍ）＝−０．９３１−０．３３１ｉ＝０．９８７ｅｘｐ（３．４８３ｉ）と見積もられ、反射の際の位相変化はφ2（１８２０ｎｍ）＝３．４８３［ラジアン］＝１９９．６［°］と見積もられる
式（１）において信号光の波長では次数ｍα＝５、制御光の波長では次数ｍβ＝４とす
ると共振層の厚さｄ＝１３９３ｎｍで両方の波長がほぼ共振条件を満たす。このときの活性膜内の電場振幅は薄膜計算ソフト「エッセンシャル・マクレオード」を用いた計算により図１９にように見積もられ、信号光の波長及び制御光の波長ともに入射光の電場振幅より大きい電場振幅が得られる。
【０１０４】
［実施例８］
図２０は、本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した例である。なお図２０において、図５と同様の機能を有する部材には、同じ符号を付した。
図２０において、信号光照射手段２０から出射された信号光パルス列は、偏光子２４によりｘ方向（上下方向）の直線偏光になる。制御光照射手段２２から出射された制御光パルスは、偏光子２６によりｘｙ面内でｘ軸と４５°の方向の直線偏光になる。
信号光パルス列は１ｐｓずつの時間差を有する複数のパルス集団からなり、光学系４８（平行化手段）により直径１０ｍｍの平行ビームに拡大され、さらに階段状プリズム５７により、１ｐｓずつ時間差の付いた４つの平行ビームに分割される。制御光は光学系４８’（平行化手段）により直径１０ｍｍの平行ビームに拡大される。
信号光パルス列と信号光パルスが交差（直交）する場所に、制御光パルスを反射し信号光パルス列が透過するハーフミラー２８を制御光及び信号光の進行方向に対して所定の角度（４５°）に配置することにより、反射した制御光パルスと透過した信号光パルスとが同一方向から光スイッチ1に垂直に入射する。制御光により光スイッチ1の活性膜内には屈折率異方性が誘起される。信号光が制御光と同時に光スイッチ1に入射した場合には、誘起された屈折率異方性の作用により信号光は楕円偏光となって入射方向とは逆方向に出射される。偏光ビームスプリッタ５８により、楕円偏光のうちでｙ方向（左右方向）の直線偏光成分が９０°方向に出射され、光検出器３６により検出される。光スイッチ1は、活性膜の同一の場所に信号光と制御光が同時に入射したときに限って反射光を楕円偏光に変換し、制御光が入射しないときに入射した信号光の反射光は、直線偏光である。従って、偏光子４０（検光子）を透過して光検出器３６に信号が検出されるのは、反射光が楕円偏光の場合に限られる。時間的にシリアルな信号光パルス列が、空間的にパラレルなパルス列に変換される。
図２０の光スイッチ１として本発明の光スイッチを用いることにより、従来の光スイッチに比べて大きな信号が得られる。
【０１０５】
［実施例９］
図２１は、本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した別の例である。信号光パルス列と制御光パルスとは、それぞれ異なる方向から光スイッチ1の活性膜に入射する。本実施例では制御光パルスは光スイッチ1に対して垂直な方向で入射し、信号光パルス列はそれに対し１７．５°傾けられた入射角で入射する。すなわち、信号光パルスが制御光パルスと所定の角度（１７．５°）をもって活性膜に照射されるようにすることで、光スイッチ1の表面における位置により、光スイッチに照射される時刻が異なっている。
信号光パルス列は、１ｐｓずつの時間差を有する４連光パルス列を用いた。４つのパルスは、すべてが光スイッチ1のいずれかの場所に照射されたときに、制御光パルスと重ね合わせられる。すると、制御光パルスと重なる部位が、４つの信号光パルスによりそれぞれ異なり、活性膜が制御光パルスの照射で屈折率異方性が誘起され、楕円偏光パルス列が形成される。そして、偏光子４０（検光子）でこれが分離され、４つに分離された１次元のパラレル信号光が得られる。このようにして、時間的にシリアルな信号光パルス列を、空間的に１次元のパラレル信号光に変換することができる。図２１の光スイッチ1として本発明の光スイッチを用いることにより、従来の光スイッチに比べて大きな信号が得られる。
【０１０６】
以上の実施例では、基板の材料はガラス、非線形光学媒質はジベンゾフラノニルメタノラート化合物あるいはスクエアリリウム化合物、金属ミラーの材料は銀、誘電体多層膜ミラーの材料は二酸化チタン、及び二酸化シリコンとした。しかし、基板としてはガラスに限られるものではなく、サファイア、シリコン、その他の基板を用いることができる。金属ミラーの材料は、銀以外に、アルミニウム、金などを用いることができる。非線形光学材料は、有機色素膜、有機高分子膜、半導体膜、誘電体膜などで非線形光学効果を有する材料を用いることができる。誘電体多層膜ミラーの材料には、酸化物、窒化シリコンなどの窒化物、高分子膜などを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の光スイッチの断面を表す図である。
【図２】（２）の誘電体多層膜ミラー（実施例１で用いられる誘電体多層膜ミラー）の構造を示す図である。
【図３】（１）及び（２）の誘電体多層膜ミラーの位相変化を示す図である。
【図４】（１）及び（２）の誘電体多層膜ミラーの反射スペクトルを示す図である。
【図５】光カー効果による信号を検出するためのシステムを表す図である。
【図６】（１）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を示す図である。
【図７】（２）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を示す図である。
【図８】（１）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチ及び（２）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチの反射スペクトルを示す図である。
【図９】（３）の誘電体多層膜ミラー（実施例５で用いられる誘電体多層膜ミラー）の構造を示す図である。
【図１０】（４）の誘電体多層膜ミラー（実施例６で用いられる誘電体多層膜ミラー）の構造を示す図である。
【図１１】（３）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチ（実施例５の光スイッチ）の活性膜内の電場振幅の計算結果を示す図である。
【図１２】（４）の誘電体多層膜ミラーを用いた光スイッチ（実施例６の光スイッチ）の活性膜内の電場振幅の計算結果を示す図である。
【図１３】本発明の光分配装置の一実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の光多重化装置の一実施形態を示す図である。
【図１５】実施例２で用いられる誘電体多層膜ミラーの構造を示す図である。
【図１６】実施例３で用いられる誘電体多層膜ミラーの構造を示す図である。
【図１７】実施例４で用いられる誘電体多層膜ミラーの構造を示す図である。
【図１８】実施例４の光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を示す図である。
【図１９】実施例７の光スイッチの活性膜内の電場振幅の計算結果を示す図である。
【図２０】本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した例を表す図である。
【図２１】本発明の光スイッチを、シリアル信号をパラレル信号に変換する光スイッチとして応用した別の例を表す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  光スイッチ
１０  基板
１２  反射層
１４  活性膜
１６  反射層
２０   信号光照射手段
２２   制御光照射手段
２４、２６    偏光子
２８、３４    ハーフミラー
３０   レンズ
３６   光検出器
３８   波長フィルター
４０   偏光子（検光子）
【図１】
2006047872.tif 000023
【図２】
2006047872.tif 000024
【図３】
2006047872.tif 000025
【図４】
2006047872.tif 000026
【図５】
2006047872.tif 000027
【図６】
2006047872.tif 000028
【図７】
2006047872.tif 000029
【図８】
2006047872.tif 000030
【図９】
2006047872.tif 000031
【図１０】
2006047872.tif 000032
【図１１】
2006047872.tif 000033
【図１２】
2006047872.tif 000034
【図１３】
2006047872.tif 000035
【図１４】
2006047872.tif 000036
【図１５】
2006047872.tif 000037
【図１６】
2006047872.tif 000038
【図１７】
2006047872.tif 000039
【図１８】
2006047872.tif 000040
【図１９】
2006047872.tif 000041
【図２０】
2006047872.tif 000042
【図２１】
2006047872.tif 000043